Bài giảng Cơ sở truyền thông sợi quang - Chương 2: Sợi quang

Nội dungMột số vấn đề trong thiết kế truyền TTQ đơn kênh điểm – điểmBộ thu quangBộ phát quangSợi quang Tổng quan về kỹ thuật thông tin quang Chương12345SỢI QUANGCấu trúc và phân loại sợi quangMô tả quang hình quá trình truyền ánh sáng trong sợi quangTruyền sóng ánh sáng trong sợi quangCác tham số cơ bản của sợiSuy haoTán sắcHiệu ứng phi tuyếnMột số loại sợi quang mớiCáp sợi quangCẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI SỢI (1)Sợi quang:Professor Charles Kao phát minh ra sợi quang, nhận giảI thưởng IEE từ Pro. John Midwinter. (1998 at IEE Savoy Place, London, UK)Là ống dẫn sóng có khả năng mang thông tin dưới dạng ánh sáng. Kích thước rất nhỏ. CẤU TRÚC VÀ PHÂN LOẠI SỢI (2)Cấu trúc sợi quang:. Cấu trúc hình trụ, được chế tạo từ vật liệu trong suốt. Lõi sợi có chiết suất n1. Vỏ sợi có chiết suất n2 7 m): Tương tác giữa các liên kết dao động và trường của tín hiệu quang (Cộng hưởng dao động).Do bản chất vô định hình của thuỷ tinh các cộng hưởng này ở dạng các dải hấp thụ có đuôi dài mở rộng vào vùng nhìn thấy.Hấp thụ thuần trong dải 0.8-1.6 m < 0,1 dB/km.SUY HAO TRONG SỢI QUANG (5) Suy hao do tán xạ: Nguyên nhân: Sự thay đổi vi mô về mật độ trong vật liệu Sự thăng giáng thành phần trong vật liệu chế tạo sợi Các khuyết tật hoặc cấu trúc không đồng nhất trong quá trình sản xuất sợi Quan trọng: Sự thăng giáng mật độ dẫn đến các thăng giáng ngẫu nhiên của chiết suất n cỡ < bước sóng   Tán xạ RayleighSuy hao từ tán xạ Ray leigh:Trong đó hằng số C nằm trong phạm vi 0,7-0,9 (dB/km).m4 R = 0.12 - 0,16 dB/km tại 1,55 m(2.29)SUY HAO TRONG SỢI QUANG (6) Suy hao do uốn cong: Có 2 kiểu: Uốn cong vĩ mô Vi uốn cong Uốn cong vĩ mô: bán kính uốn cong lớn so với đường kính sợi- Khi bán uốn cong R giảm dần, suy hao tăng theo hàm mũ ~ exp(-R/Rc), Rc = a/NA- ở sợi đa mode: Số lượng mode truyền dẫn trong sợi bị uốn cong nhỏ hơn sợi thẳng.Số lượng mode hiệu dụng:(2.30)SUY HAO TRONG SỢI QUANG (7) Suy hao do uốn cong Vi uốn cong: bán kính uốn cong nhỏ theo trục Do quá trình sản xuất sợi quang và chế tạo cáp sợi quang tạo lực nén không đều lên bề mặt. Các méo dạng ngẫu nhiên quanh trục sợi  bề mặt không phẳng hoàn toàn  ghép cặp năng lượng mode giữa các mode dẫn và các mode dò hoặc không dẫn Để giảm suy hao vi uốn cong bọc thêm lớp đệm chịu nén bằng polyme.Đối với sợi SM chọn tham số V sát với giá trị cắt V = 2,0 - 2,4 SUY HAO TRONG SỢI QUANG (8) Đặc tuyến suy hao trong sợi đơn modeSUY HAO TRONG SỢI QUANG (9) Các suy hao khác: Suy hao do sự không hoàn hảo cấu trúc sợi quang Suy hao do hàn nối Suy hao trong môi trường hidrogen và chiếu xạ gammaHIỆU ỨNG PHI TUYẾN (1) Trường quang khi lan truyền trong sợi quang: E(z+dz)=E(z)exp[(-/2+i+P(z,t)/2)dz] trong đó:  - hệ số phi tuyến =(2/)(n2/Aeff) ; n2 - chiết suất phi tuyến Hiệu ứng phi tuyến chỉ ảnh hưởng khi công suất quang trong lõi sợi lớn ( nhỏ) Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang:Tán xạ kích thích ( là thực): + Tán xạ Raman kích thích (SRS) + Tán xạ Brillouin kích thích (SBS)- Điều chế pha phi tuyến ( là ảo): + Tự điều chế pha (SPM) + Điều chế pha chéo (XPM) + Trộn bốn sóng (FWM)(2.31)MỘT SỐ LOẠI SỢI QUANG MỚI (1) Thay đổi DW để thay đổi D  Các sợi quang mới- Sợi dịch tán sắc- Sợi tán sắc phẳng- Sợi bù tán sắcCÁP SỢI QUANG (1). Sản xuất theo 2 giai đoạn:- Chế tạo phôi: Có kích thước dài ~ 1 m, đường kính ~ 2 cm. Sử dụng các phương pháp sau: + Phương pháp bay hơi lắng đọng bên trong (IVD) + Phương pháp bay hơI lắng đọng bên ngoài (OVD) + Phương pháp bay hơI lắng đọng đầu trục (AVD)- Kéo sợi Sản xuất sợi quang:CÁP SỢI QUANG (2) Sản xuất sợi quang:ống quấn sợiTờiCon lănĐèn UVĐèn UVLàm lạnhLò nungPhôi thuỷ tinhBọc lớp thứ nhất của vỏ polyme Bọc lớp thứ hai của vỏ polyme Tạo phôiCÁP SỢI QUANG (3) Sản xuất sợi quang: (Vật liệu chế tạo) 0,6961663 2 0,4079426 2 0,8974794 2n2- 1 = + + 2 - (0,0684043)2 2- (0,1162414)2 2- (9,896161)2 1,40n [m] 0 1,0 2,0 3,0 4,0 1,42 1,44 1,46 1,48 1,50 1,52 1,54 0,6 1,81,44nNồng độ % 0 5 10 15ZrO21,451,461,471,481,491,50TiO2Al2O3GeO2P2O5B2O3F- Phương pháp thay đổi chiết xuất: CÁP SỢI QUANG (4) Cấu trúc cáp sợi quang:Vỏ PE ngoài cùngLõi cápBăng nhôm tráng nhựa hai mặtVỏ PE ngoài cùngBăng thép mã kẽmChất điền đầyLõi cápCáp cốngCáp chôn- Phần lõi: . Phần tử gia cường . Các ống đệm (khối ống đệm) . Các sợi dây đồng để cấp nguồn . Các phần tử độn & chất điền đầy - Phần vỏ: . Vỏ PE thứ nhất bọc ngoài lõi (1mm) . Lớp chống ẩm và chống gặm nhắm . Vỏ PE ngoài cùng (1,5-2 mm) CÁP SỢI QUANG (5) Một số cáp sợi quang:Mặt cắt ngang cáp chôn trực tiếp Cấu trúc của cáp treo Cấu trúc của cáp biển CÁP SỢI QUANG (6) Kết nối cáp sợi quang (yếu tố ảnh hưởng):- Chất lượng mặt cắt đầu sợi: + Không phẳng nhẵn, lồi lõm. + Dính bụi và các chất bẩn. + Không vuông góc với trục sợi.- Vị trí tương đối giữa hai đầu sợi: + Lệch trục + Lệch tâm + Khe hở- Các thông số hai sợi khác biệt nhau: đường kính lõi, đường kính lõi, NA, độ méo ...CÁP SỢI QUANG (7) Kết nối cáp sợi quang (connector):CÁP SỢI QUANG (8) Kết nối cáp sợi quang (connector):CÁP SỢI QUANG (9) Kết nối cáp sợi quang (hàn nóng chảy):1- Lõi sợi 5- Sợi quang 22- Diode phát quang 6- Bộ khuếch đại3- Sợi quang 1 7- Bộ tách quang4- Trục tâm 8- Bộ vi xử lý847621435